KR101783601B1 - 발광 소자 및 발광 소자 패키지 - Google Patents

발광 소자 및 발광 소자 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 소자 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발광 소자는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성된 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 상기 제2 도전성 반도체층 상에 형성된 격자 구조의 광확산층;을 포함한다.

Description

발광 소자 및 발광 소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
본 발명은 발광 소자 및 발광 소자 패키지에 관한 것으로, 보다 자세하게는 지향각 조절이 가능한 발광 소자 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
조명 시스템, 광통신 시스템 및 디스플레이 분야에서 사용되는 발광 소자들은 최근 들어 조명과 광통신 분야 이외에도 다양한 분야에서 사용 가능할 수 있도록 기술 개발이 이루어지고 있다. 발광 소자는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합으로 인하여 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이며, 종래 필라멘트에 기초한 발광소자들에 비해 긴 수명과 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 최근에는 청색 계열의 단파장 빛을 발광할 수 있는 족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
발광 소자 중에서도 대표적인 LED(Light Emitting Diode, 발광 다이오드)는 반도체 공정을 통해 제작되는 발광 소자로 현재의 그린에너지 시대에 적합한 친환경 차세대 백색 광원으로 각광을 받으면서 실내 및 실외 옥외 조명, 전자제품 및 광고 등 다양한 분야에 사용 가능하게 기술 개발이 이루어지고 있다.
LED는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변화시키는 발광 소자로서, 가정용 가전제품, 리모컨, 전광판, 자동차 및 각종 자동화 기기 등에 사용되고 있으며, 점차적으로 LED의 적용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
통상적으로, LED는 수평형 LED와 수직형 LED로 구분될 수 있는 데, 수평형 LED에 비해 수직형 LED가 고효율 LED 칩으로 제작하기가 적합하며, 특히 조명용에 적용되는 LED는 150lm/W 이상의 고효율 LED 칩이 요구되고 있다. 수직형 LED는 사파이어를 제거한 n-GaN층에 n형 전극을 형성하여 수직으로 전류를 인가하는 방식의 발광 소자로서, 금속기판을 기반으로 하여 방열 특성이 우수하고 빛을 반사하는 전극 패드의 면적도 상대적으로 작기 때문에 소형화가 가능한 장점이 있다.
그러나, 수직형 LED는 PSS(Pattened Sapphire Substrate)에서 난반사가 되어 사방으로 조사되는 수평형 LED에 비하여 대부분의 빛이 금속기판에 반사되어 직상방으로 조사되기 때문에 지향각이 작아지는 단점이 있으며, 빛의 굴절 각도를 제어하기가 어려운 문제점이 지적되고 있다.
대한민국공개특허공보 제2007-0107798호
따라서, 본 발명은 종래 발광 소자들에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 최상부층에 비교적 높은 굴절률 차이를 가지는 물질을 격자 구조로 형성하여 지향각이 향상되도록 한 발광 소자 및 이를 이용한 발광 소자 패키지가 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성된 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 상기 제2 도전성 반도체층 상에 형성된 격자 구조의 광확산층;을 포함하는 발광 소자가 제공됨에 의해서 달성된다.
이때, 상기 제2 도전성 반도체층과 광확산층 사이에는 절연층이 개재되며, 상기 절연층은 상기 광확산층의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
*상기 절연층은, 제2 도전성 반도체층의 전면 또는 일 영역에 형성되며, 낮은 굴절률의 광투과성 재질로 구성될 수 있다.
상기 절연층은, SiO2, SiOx, SiN, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 선택된 적어도 하나의 절연성 재질로 구성될 수 있으며, 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지 계열로 형성되고, 상기 광확산층은, 상기 절연층의 테두리부 또는 소정의 지점에서 중앙부로 갈수록 단면적이 점차적으로 크거나 작게 형성된 비주기 형태로 구성될 수 있고, 단면적이 일정한 주기 형태와 단면적이 변화되는 비주기 형태가 혼합되어 형성될 수 있다.
상기 광확산층은, Si, Ti, Cu, Ni, Au, Cr, Ta, Pt, Sn, P, Al, In, Pd, Co, Ge 중 선택된 하나의 금속 또는 비금속 재질로 구성되고, 중앙부 격자 또는 테두리부나 모서리부에 구비된 격자들은 전극으로 형성될 수 있으며, 상기 광확산층은 격자들 사이에 공기 또는 절연물질로 충진될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적은, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성된 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 상기 제2 도전성 반도체층 상에 적층되며, 금속 입자가 혼입된 광확산층;을 포함하는 발광 소자가 제공됨에 의해서 달성된다.
이때, 상기 광확산층은 굴절률이 높은 실리콘 기반의 물질로 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 소자 및 발광 소자 패키지는 발광 소자의 최상부층에 격자 구조 또는 금속 입자가 혼입된 투광성 절연층에 의해 고출력을 유지하면서 굴절률 차이에 의한 지향각을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 격자 구조의 설계 조건을 최적화하거나 금속 입자의 혼입도에 따라 광확산층을 투과하는 빛의 방향과 세기를 조절할 수 있으며, 별도의 렌즈나 거울 등의 광학부품 없이 지향각을 조절할 수 있음에 따라 발광 소자의 제조 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 발광 소자 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 발광 소자 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 발광 소자에 채용되는 광확산층의 격자 구조도
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 사시도.
본 발명에 따른 발광 소자 및 발광 소자 패키지의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 대해서는 아래 도시된 도면을 참조한 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
이때, 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 강 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 '위(on)'에 또는 '아래(down)'에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, '위(on)'와 '아래(down)'는 '직접(directly)' 또는 '다른 층을 개재하여(indirectly)' 형성되는 것을 모두 포함한뎬 또한, 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 소자(100)는 지지기판(110)과, 지지기판(110) 상에 형성된 제1 도전성 반도체층(120) 및 제2 도전성 반도체층(130)과, 제1 도전성 반도체층(120)과 제2 도전성 반도체층(130) 사이에 개재된 활성층(140)과, 제2 도전성 반도체층(130) 상에 형성된 절연층(150) 및 격자 구조의 광확산층(160)으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 절연층(150)은 광확산층(160)의 높이보다 높게 형성됨이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 절연층(150)은 광확산층(160)의 높이보다 낮게 형성될 수도 있다. 상기 절연층(150) 또는 광확산층(160)의 높이를 고정시키고 절연층과 광확산층의 굴절률 차이가 높게 형성되도록 함이 바람직하다. 굴절률은 복소 굴절률로서 음의 값을 갖는 물질도 포함한다.
지지기판(110)은 열전도성이 우수한 금속 재질로 구성될 수 있으며, 이 외의 전도성 물질로 구성될 수도 있다. 전도성을 갖는 지지기판(110)은 단일층으로 형성될 수 있고, 이중 구조 및 복층 구조로 형성될 수도 있다.
또한, 지지기판(110)은 금속 재질 중 Au, Ni, W, Mo, Cu, Al, Ta, Ag, Pt, Cr 중 선택된 어느 하나로 형성되거나 둘 이상의 합금으로 형성될 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 그리고, 이 외에 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN, Ga2O3 와 같은 웨이퍼 캐리어 형태로 구현 가능할 수 있다.
지지기판(110)은 열전도성을 갖는 금속 재질로 구성됨에 따라 발광 소자에서 방출하는 열이 용이하게 외부로 방출되도록 하여 발광 소자의 열적 안정성이 향상됨에 기여할 수 있다.
지지기판(110) 상에는 제1 도전성 반도체층(120)과, 활성층(140) 및 제2 도전성 반도체층(130)이 순차적으로 형성되어 발광의 주체로 구성될 수 있다. 제1 도전성 반도체층(120)은 p형 반도체층으로 구성되며, p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x-yN(0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한, 제1 도전성 반도체층(120) 상에는 활성층(140)이 형성될 수 있다. 활성층(140)은 통상 족-족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자선 구조 또는 양자점 구조 등으로 형성될 수 있다. 또한, 활성층(140)이 양자우물구조로 형성된 경우에는 InxAlyGa1 -x- yN(0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bN(0=a=1, 0=b=1, 0=a+b=1)의 조성식을 갖는 장벽층의 단일 또는 양자우물구조를 가질 수 있다. 상기 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 추가적으로 GaN, 3-5족 화합물 계열 뿐만 아니라 GaAs 혹은 InP를 이용한 GaAs, InGaP, InAlP, InP, InGaAs 의 다양한 반도체에 적용이 가능하다.
그리고, 상기 활성층(140) 상에는 제2 도전성 반도체층(130)이 형성될 수 있다. 제2 도전성 반도체층(130)은 n형 반도층으로 구성되며, n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN(0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제2 도전성 반도체층(130) 상에는 제2 도전성 반도체층(130)과 전기적으로 연결된 전극층(도면 미도시)이 형성될 수 있다. 상기 전극층은 패드 또는 소정 패턴을 갖는 전극으로 형성될 수 있으며, 전극층은 제2 도전성 반도체층(130)의 상면 중 중앙부, 테두리부 또는 모서리부에 배치될 수 있다. 이 외에 상기 전극층은 제2 도전성 반도체층(130)의 상면 이외의 다른 영역에도 배치될 수 있으며, 전극층의 배치 영역은 이에 한정되지 않고 다양한 위치에 배치될 수 있다.
또한, 전극층은 전도성 물질로 구성됨이 바람직하며, In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu 중에서 선택된 금속 또는 둘 이상의 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 지지기판(110) 상에 발광 주체는 N-P접합 외에 P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나로 구성될 수 있으며, N-P 접합을 이루는 도전성 반도체층의 하부에는 별도의 제2 전극층(도면 미도시)이 더 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2 도전성 반도체층(130)의 상부에는 절연층(150)이 형성될 수 있다. 절연층(150)은 제2 도전성 반도체층(130)의 일 영역에 형성될 수 있으며, 비교적 낮은 굴절률을 가진 광투과성 재질로 구성될 수 있다.
이때, 절연층(150)은 SiO2, SiOx, SiN, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 선택된 적어도 하나의 절연성 재질로 구성될 수 있으며, 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지 계열로 형성될 수 있다.
일예로, 절연층(150)은 제2 도전성 반도체층(130)을 구성하는 물질로 GaN과 굴절률 차이가 많은 물질로서 굴절률이 1.5 정도인 SiO2, 굴절률이 대략 1.7 정도인 Al2O3, 외에 굴절률이 1.5 내지 2인 재질로 선정됨이 바람직하다.
또한, 절연층(150)은 절연 재질을 이용한 패시베이션층으로 구성될 수 있으며, 상기 절연층(150)의 상부에는 격자 구조의 광확산층(160)이 더 형성될 수 있다.
광확산층(160)은 절연층(150)의 상면 전체에 격자 구조로 형성되되, 일정한 크기의 격자 형태로 구성될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 절연층(150)의 테두리부에서 중앙부로 갈수록 단면적이 크게 형성될 수 있다. 따라서, 광확산층(160)은 비정형화된 격자 구조로 형성될 수도 있다. 이때, 격자 구조의 광확산층(160)을 구성하는 각 격자 사이의 간격은 비규칙적으로 형성될 수 있다. 이러한, 광확산층(160)의 격자 사이의 간격은 RCWA 시뮬레이션을 이용한 결과값에 따라 설계될 수 있는 데, RCWA 시뮬레이션을 이용하여 광확산층(160)의 주기적인 패턴의 투과도와 페이즈(phase)를 구하고, 이를 COMSOL 시뮬레이션을 이용하여 상부로 넓은 지향각을 각지면서 빛이 퍼질 수 있는 격자 구조를 채택할 수 있다. 이때, 광확산층(160)을 통해 지향각이 넓게 설정되도록 하기 위해서는 격자 사이의 간격을 일정하게 설계하기보다는 비규칙성의 간격을 갖도록 설계됨이 바람직하다. 여기서, DC(각 격자들이 형성된 위치와 형성되지 않은 위치의 분율) 및 비규칙성의 간격 주기는 시뮬레이션 데이터를 바탕으로 계산될 수 있으며, 필요에 따라 격자 간격의 증가와 감소에 따라 광확산층(160)을 이용한 초점거리의 조절도 가능할 수 있다.
이때, 패시베이션층인 절연층(150)의 두께(Ti)는 그 상부의 광확산층(160)의 두께(Tg)보다 더 두꺼운 두께로 형성될 수 있으며, 광확산층(160)은 그 하부의 절연층(150)과 높은 굴절률 차이를 갖도록 비교적 높은 굴절률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 광확산층(160)은 발광 소자의 표면에서 전반사되는 빛의 양을 최소화하여 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 또한, 광확산층(160)을 경유하는 빛의 휘어짐 각도 컨트롤이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 광확산층(160)을 경유하는 빛의 방향 조절이 가능할 수 있고, 초점거리 조절도 가능하다.
상기 광확산층(160)은 Si, Ti, Cu, Ni, Au, Cr, Ta, Pt, Sn, P, Al, In, Pd, Co, Ge 중 선택된 하나의 금속 또는 비금속 재질로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 광확산층(160)을 통한 광 추출 효율과 빛의 휘어짐 각도는 격자 크기와, 주기 및 각 격자들이 형성된 위치와 형성되지 않은 위치의 분율(DC)에 따른 격자 설계에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 광확산층(160)의 격자들 사이에는 공기(Air)가 채워져 전기적 절연이 이루어질 수 있으며, 각 격벽 사이를 유전체와 같은 절연물질로 충진될 수 있다.
한편, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 상기 광확산층(160)은 제2 도전성 반도체층(130) 상에 형성될 수 있다. 앞서 설명한 실시예와는 달리 본 실시예에서는 제2 도전성 반도체층(130) 상에 직접 격자 구조의 광확산층(160)이 형성될 수 있다.
이때, 도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 발광 소자 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 발광 소자 단면도이다.
본 실시예의 구체적인 기술적 구성을 설명하기 전에 먼저, 본 실시예에서 앞서 설명된 실시예와 중복되는 기술적 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략하였으며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
본 실시예의 발광 소자(200)는 일실시예의 발광 소자와 마찬가지로 금속 재질의 지지기판(110)과, 지지기판(110) 상에 형성된 발광 구조물로 제1 도전성 반도체층(120), 활성층(140) 및 제2 도전성 반도체층(130)으로 구성되며, 제2 도전성 반도체층(130) 상에 격자 구조의 광확산층(160)이 형성될 수 있다.
광확산층(160)은 굴절률이 높은 물질로 형성됨이 바람직하며, 하부의 제2 도전성 반도체층(130)과의 굴절률 차이에 의해서 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 또한, 광확산층(160)은 제2 도전성 반도체층(130)의 상면 전체에 정형 또는 비정형 격자 구조로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 테두리부에서 중앙부로 갈수록 단면적이 큰 격자 구조로 형성될 수 있다.
이때, 광확산층(160)은 단면적이 일정한 주기 형태와 단면적이 중앙부로 갈수록 커지거나 작아지는 비주기 형태가 혼합된 형태로 구성될 수도 있다. 이에 대해서는 아래에서 도면을 참조하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.
이러한, 광확산층(160)은 발광 소자의 표면에서 전반사되는 빛의 양을 최소화하여 광 추출 효율이 향상될 수 있으며, 이를 위하여 굴절률이 높은 TiO2, Si, SrTiO2, GeO 중 선택된 하나의 재질로 형성될 수 있다.
이때, 격자 형태로 구성된 광확산층(160)의 격자들 중 하나 이상은 전극(161)으로 구성될 수 있으며, 격자들 중의 중앙부 또는 테두리부나 모서리부에 형성될 수 있다.
한편, 앞서 언급된 실시예들에서 GaN이 주요 구성 요소로 사용되는 제1 도전성 반도체층(120) 또는 제2 도전성 반도체층(130)에는 일정 파장 영역, 즉 440의 파장 영역대에서 투명한 물질, 예를 들어 ITO와 같은 전도성을 가지면서 투명한 재질의 투명전극층(도면 미도시)이 전류 확산층으로 사용될 수 있다. 이와 같은 투명전극층은 제2 도전성 반도체층(130)을 통해 상부로 조사되는 빛을 흡수하지 않고 통과시키기 위하여 개재되는 것이다.
여기서, 투명전극층을 통과하는 빛은 밴드갭 에너지보다 낮은 에너지를 갖는 빛으로서, 제2 도전성 반도체층(130)에 투명하지 않은 영역으로 전류 확산층이 형성되면 빛의 흡수가 발생되기 때문에 빛의 흡수가 방지되는 투명전극층이 형성됨이 바람직하다.
이와 같이 구성된 발광 소자의 광확산층(160)은 도 5에 도시된 바와 같이 광확산층()을 경유하는 광의 확산과 초점거리의 조절 및 광의 휘어짐이 제어될 수 있다. 즉, 광확산층(160)은 단면 크기가 중앙부로 갈수록 커지는 형태의 격자 구조로 형성되되, 외곽부가 주기(periodic) 구조의 격자 구조로 이루어지고, 중앙부가 비주기(non-periodic) 구조의 격자 구조로 형성될 수 있다.
주기 형태와 비주기 형태가 혼합된 광확산층(160)을 경유하는 광은 도 5a에 도시된 바와 같이 광확산층(160)의 비주기 구조의 격자를 지나는 광은 광의 확산에 의해 지향각이 넓어지게 된다. 이때, 광확산층의 비주기 구조 부분에서는 광의 페이즈(phase) 차이가 발생되어 광의 경로가 변화되면서 지향각이 넓어지게 되고, 비주기 구조 부분에서 렌즈의 역할을 대신할 수 있다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이 광확산층(160)의 비주기 구조는 광의 방향을 초점거리가 조절 가능한 방향으로 향하도록 조절될 수 있다. 이는 앞서 언급한 RCWA 시뮬레이션을 이용한 결과값에 따라 계산될 수 있으며, 이와 같은 형태로 광확산층의 비주기 구조를 조절할 경우에는 LD(laser diode)와 같은 반도체에도 렌즈를 배치하는 후공정 없이 광을 포커싱할 수 있다.
그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이 광확산층(160)의 비주기 구조를 RCWA 시뮬레이션 계산을 통해 광의 방향이 일방향으로 전환(steering)시켜 원하는 방향으로 광의 조사 방향이 바꿀 수 있다.
다음으로, 도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 사시도로서, 도시된 바와 같이 본 실시예의 발광 소자(300)는 지지기판(110)과, 지지기판(110) 상에 형성된 제1 도전성 반도체층(120)과, 제1 도전성 반도체층(120) 상에 형성된 활성층(140)과, 활성층(140) 상에 형성된 제2 도전성 반도체층(130)으로 구성되고, 상기 제2 도전성 반도체층(130) 상부에 금속 입자(311)가 혼입된 광확산층(310)이 형성될 수 있다.
본 실시예에서도 앞서 언급된 제2 실시예와 마찬가지로 제1 실시예와 중복되는 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략하였으며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
상기 제2 도전성 반도체층(130) 상부에 형성되는 광확산층(310)은 실리콘(Si) 기반의 실리콘 옥사이드(Silicon Oxide) 또는 실리콘 질화물(Silicon Nitride)이 소정 높이로 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 광확산층(310)은 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 질화물에 규칙적 또는 비규칙적으로 다량의 금속 입자(311)들이 혼입될 수 있으며, 상기 금속 입자(311)는 Au, Ag, Ni, W, Mo, Cu, Al, Ta, Ag, Pt, Cr 등을 포함하는 금속 재질이면 혼입 가능할 수 있다.
상기 광확산층(310)은 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 질화물의 절연 재질에 금속 입자(311)가 혼입됨에 따라 금속입자에 의한 플라즈몬(plasmon) 효과로 인해 굴절률이 3.5 이상으로 높아지게 되고, 광확산층(310)을 경유하는 광이 높은 굴절률 차이에 의해 회절됨에 따라 지향각이 넓은 각도로 조사될 수 있다.
광확산층(310)이 금속 입자(311)에 의해 굴절률이 높아지는 이유는 금속 입자(311)의 플라즈마 주파수 부근에서 자유전자들의 진동에 의해 빛의 흡수가 발생되는 현상에 기인하며, 빛의 흡수가 일어나는 파장대에서 굴절률이 높아지게 됨에 따라 금속 입자(311)가 혼입된 실리콘 베이스의 절연물질 전체의 굴절률이 높아지는 효과를 기대할 수 있다.
이와 같이 구성된 발광 소자(100, 200, 300)는 전극이 모두 상면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)에 적용되거나 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type)에 적용될 수 있으며, 이 외에 레이져 조사 소자나 디스플레이 분야에 적용될 수 있다.
또한, 본 실시예의 발광 소자는 금속 재질의 몸체 내에 형성된 캐비티 내에 삽입하고, 캐비티 내부를 형광체가 포함된 봉지재를 이용하여 몰딩한 후, 몸체 외부로 연장된 한 쌍의 전극을 통해 전원이 공급되는 발광 소자 패키지로 확장하여 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
110. 지지기판 120. 제1 도전성 반도체층
130. 제2 도전성 반도체층 140. 활성층
150. 절연층 160. 광확산층

Claims (12)

  1. 지지기판;
    제2 전극층이 개재되어 상기 지지기판 상에 형성된 제1 도전성 반도체층;
    상기 제1 도전성 반도체층 상에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성되고 상부에 전극층이 개재되어 있는 제2 도전성 반도체층; 및
    상기 제2 도전성 반도체층 상에 형성된 격자 구조의 광확산층;
    을 포함하고,
    상기 제2 도전성 반도체층과 광확산층 사이에는 절연층이 개재되되,
    상기 광확산층의 외곽부가 주기(periodic)구조의 격자 구조로 이루어지고, 중앙부가 비주기(non-periodic)구조의 격자 구조로 형성된 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 광확산층의 두께보다 더 두껍게 형성된 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 제2 도전성 반도체층의 일 영역에 형성되며, 상기 제2 도전성 반도체층과 굴절률 차이를 갖는 광투과성 재질로 구성된 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연층은, SiO2, SiOx, SiN, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 선택된 적어도 하나의 절연성 재질로 구성될 수 있고, 또는 실리콘 또는 에폭시 중 선택된 적어도 하나의 투광성 수지 계열로 형성된 발광 소자.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광확산층은, Si, Ti, Cu, Ni, Au, Cr, Ta, Pt, Sn, P, Al, In, Pd, Co, Si, Ge 중 선택된 하나의 금속 또는 비금속 재질로 구성된 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광확산층은 격자들 사이에 공기 또는 절연물질로 충진된 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광확산층은, 굴절률이 높은 TiO2, SrTiO2, GeO 중 선택된 하나의 재질로 형성된 발광 소자.
  11. 삭제
  12. 제1항 내지 제4항 및 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 발광 소자를 포함한 발광 소자 패키지.
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